CN219337735U - 试验用静音型转向机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及转向机器人领域，具体涉及试验用静音型转向机器人，包括驱动单元、连接单元与控制单元，驱动单元包括驱动箱、电机与消声装置，电机位于驱动箱一端，消声装置包括轴消声器与隔音罩，轴消声器位于驱动箱内且与电机输出轴连接，隔音罩与驱动箱连接，隔音罩用于容置电机；连接单元一端与轴消声器连接，另一端与汽车转向系统连接；控制单元与电机连接，控制单元用于控制电机的转动模式与转动速度。通过简化电机与转向系统之间连接的机械结构，降低机械之间相互作用产生的噪音；在电机上设置隔音罩与轴消声器，降低机器人运行过程中电机产生噪音的传播；本实用新型具有结构简单、运行安静的有益效果。

Description

试验用静音型转向机器人

技术领域

本实用新型涉及转向机器人领域，具体涉及试验用静音型转向机器人。

背景技术

在汽车转向系统的台架和实车测试中，通常需要对转向角度和转向速度进行严格控制，在测试过程中转向角度大，转向速度快，精度要求高，为了达到以上试验要求，同时保证各车之间试验过程操控的一致性，出现了一种转向机器人，在汽车转向系统测试过程中替代驾驶人员对方向盘进行控制，通过使用电机驱动方向盘转动完成转向系统测试过程中对方向盘的操作。

但是随着汽车的普及和工艺的不断升级，消费者对汽车驾驶体验的关注度逐渐提高，其中转向系统的噪声、异响受到越来越多的关注，因此在测试过程中还需要对转向系统的噪声和异响进行检测，为了能够更好的对转向系统的噪声和异响进行检测，一般会对试验过程中的环境声音提出要求，并且规范试验的步骤，其中包括转向机器人在内的试验设备的工作顺序和操作步骤都被严格限定，以降低环境中的噪声对汽车转向系统异响和噪声检测的影响；对此本方案提出了一种试验用静音型转向机器人，以降低转向机器人在试验过程中产生的噪音影响。

实用新型内容

本实用新型意在提供一种试验用静音型转向机器人，以降低转向机器人在试验过程中产生的噪音影响。

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：包括驱动单元、连接单元与控制单元，所述驱动单元包括驱动箱、电机与消声装置，所述电机位于所述驱动箱一端，所述消声装置包括轴消声器与隔音罩，所述轴消声器位于所述驱动箱内且与所述电机输出轴连接，隔音罩一侧为开口端，另一端为封闭端，所述隔音罩开口端与所述驱动箱连接，所述电机容置于隔音罩内部，所述隔音罩用于容置所述电机；所述连接单元一端与所述轴消声器连接，另一端用于与汽车转向系统连接；所述控制单元与所述电机连接，所述控制单元用于控制所述电机的转动模式与转动速度。

本方案的原理及优点是：本方案中在试验过程中发现，转向机器人在转向系统试验过程中由于自身的机械结构之间的相互作用下产生的噪音，在对转向系统的噪音和异响进行分析时需要对转向机器人产生的噪音进行针对性处理，影响对汽车转向系统的噪音和异响检测；对此本方案中通过连接单元将机器人固定在汽车的转向系统中，通过电机驱动连接单元带动汽车转向系统的转动，完成对汽车转向系统测试过程中方向盘转动的控制；在本方案中在电机的输出轴和电机的外部分别设置轴消声器和隔音罩，降低电机运行过程中的噪音；通过连接单元直接将电机与汽车转向系统进行连接，减少电机与转向系统之间的减速与传动结构，降低电机与转向系统之间由于机械结构产生的定位误差与噪音，保证机器人在操作过程中对方向盘转动角度控制的精准性，以及消除机械结构运作过程中产生的噪音，保证机器人能够静音运行。

优选的作为一种改进，所述轴消声器一端与所述驱动箱内表面连接，另一端沿所述电机输出轴的延伸方向延伸，所述轴消声器的长度为所述电机输出轴长度的60%-80%。降低电机输出轴与输出轴端连接器件之间摩擦产生的噪音，同时降低电机运行过程中输出轴端噪音的传递。

优选的，作为一种改进，所述电机为扭矩电机，所述控制单元还设有编码器，所述编码与所述扭矩电机连接，所述编码器的脉冲数不低于2000000ppr，所述编码器用于获取所述扭矩电机的转角与转速数据；通过使用扭矩电机实现对转向系统的控制和转动，利用扭矩电机本身噪音小的特点进一步控制机器人运行时产生的噪声，保证试验时车内的低噪音环境，并且扭矩电机输出的力矩大，能够更加精准的驱动和控制方向盘的转动角度和速度，保证试验结果的精准度。并且设置高精度的编码器，使得扭矩电机在试验过程中的运行更加精准。

优选的，作为一种改进，所述轴消声器与所述连接单元之间还设有扭矩传感器，所述扭矩传感器一端与所述轴消声器连接，另一端与所述连接单元连接，所述扭矩传感器用于获取监测所述电机的扭矩信息。通过在电机的输出轴上设置扭矩传感器，对试验过程中电机输出的扭矩进行实时监测，保证试验过程中扭矩电机输出的精确性，提高试验结果的可靠性。

优选的，作为一种改进，所述连接单元包括爪盘、爪臂与夹爪，所述抓盘一侧与所述扭矩传感器远离所述轴消声器一端连接，所述爪臂一端与所述爪盘连接，另一端与所述夹爪连接，所述夹爪用于与所述汽车转向系统的方向盘连接。提高夹爪与方向盘进行连接，提高转向机器人与方向盘之间连接稳定性的同时，还原汽车转向系统在进行转向时的真实操作情况，保证试验对真实使用环境下的还原性。

优选的，作为一种改进，所述爪臂不少于3个，所述爪臂沿所述爪盘周向均匀分布。所述爪臂与所述爪盘直接设有转动件，所述转动件用于调节所述爪臂与所述爪盘之间的角度。所述爪臂的长度为150mm-300mm。保证连接单元能够与不同形状与尺寸的方向盘进行连接，提高机器人对不同规格方向盘上的适用性，降低连接单元的长度，降低转向机器人对汽车内部安装空间的要求。

优选的，作为一种改进，所述连接单元包括传动轴与联轴器；所述传动轴一端与所述扭矩传感器远离所述轴消声器一端连接，另一端与所述联轴器连接，所述联轴器用于与汽车转向轴连接。通过联轴器直接与汽车的转向轴进行连接，提高转向机器人与转向系统中的传动效率，简化机器人安装过程中的安装步骤。

优选的，作为一种改进，所述传动轴的长度为200-300mm。

优选的，作为一种改进，所述传动轴上设有至少一个转动件，所述转动件用于调节所述传动轴的轴向角度。在传动轴上设置转动件，使得能够在汽车内灵活的安装转向机器人，降低转向机器人在安装时对车内环境的要求。

优选的，作为一种改进，所述转动件的角度调节范围为0°-30°。保证传动轴运行过程中的顺畅性，降低连接单元中结构之间相互摩擦产生的噪音和异响。

附图说明

图1为本实用新型实施例一的转向机器人结构示意图。

图2为本实用新型实施例一的转向机器人结构透视图。

图3为本实用新型实施例二的转向机器人结构透视图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：驱动单元1、驱动箱101、扭矩电机102、消声装置103、轴消声器104、隔音罩105、连接单元2、爪盘201、爪臂202、夹爪203、活动爪204、固定爪205、传动轴206、联轴器207、连接板3、电机限位框4、电机安装板401、扭矩传感器5、安装垫块501、转接法兰6、法兰锁601、万向节7、方向盘8、转向轴9。

实施例一

如附图1所示，试验用静音型转向机器人，包括驱动单元1、连接单元2与控制单元，驱动单元1包括驱动箱101、扭矩电机102和消声装置103，驱动箱101为两端均设有开孔的矩形箱。驱动箱101的一侧设有连接板3，连接板3与驱动箱101之间为一体成型，在连接板3上开设有多个螺纹孔，驱动箱101通过螺纹孔与外部设备固定连接。驱动箱101的一端设有通过固定板围合而成的电机限位框4，具体的电机限位框4包括两块相向设置的限位板，限位板一端与驱动箱101外表面通过螺栓固定连接，另一端沿远离驱动箱101方向延伸。如附图2所示，扭矩电机102位于电机限位框4内，且扭矩电机102的输出轴通过驱动箱101一侧的开口向驱动箱101内部延伸。在电机限位框4远离驱动箱101一端安装有电机安装板401，电机安装板401上设有多个螺纹孔，螺纹孔的位置于扭矩电机102定子端上的安装孔相对应，扭矩电机102与电机安装板401之间通过螺栓固定连接。

消声装置103包括轴消声器104与隔音罩105，隔音罩105的一侧具有开口，为开口端，另一端为封闭端，隔音罩105为内部铺设有隔音材料的矩形罩，隔音罩105的开口端与驱动箱101设有扭矩电机102的一端连接，具体的隔音罩105开口的四周设置有多个螺纹孔，隔音罩105与驱动箱101之间通过螺栓进行固定连接，使得扭矩电机102、电机限位框4与电机安装板401均位于隔音罩105内。轴消声器104位于驱动箱101内部，并且轴消声器104的一端与驱动箱101的内表面通过螺栓固定连接，另一端沿扭矩电机102输出轴的延伸方向延伸，轴消声器104的长度为扭矩电机102输出轴长度的60%-80%，优选的在本实施例中轴消声器104的长度为扭矩电机102输出轴长度的80%，扭矩电机102的输出轴穿过轴消声器104与负载设备连接；保证扭矩电机102输出轴具有足够的长度与其他结构进行连接传动的同时，避免与输出轴连接的结构与驱动箱101之间接触，降低结构与驱动箱101之间接触，产生摩擦噪音。在轴消声器104远离扭矩电机102的一端安装有扭矩传感器5，优选的在本实施例中扭矩传感器5的型号为DYN-210，扭矩传感器5底座一侧安装有安装垫块501，安装垫块501的两侧分别通过螺栓与扭矩传感器5和驱动箱101内表面固定连接，以固定扭矩传感器5的位置。

扭矩传感器5远离轴消声器104的一端位于驱动箱101内远离扭矩电机102一端的开口处，在驱动箱101外设有转接法兰6，转接法兰6的一端与扭矩传感器5远离轴消声器104一端通过紧固螺栓进行连接，另一端通过法兰锁601与连接单元2连接。连接单元2包括爪盘201、爪臂202和夹爪203，其中爪盘201一侧与扭矩传感器5远离轴消声器104一端连接，爪盘201一侧的中心通过连接轴与法兰锁601固定连接；爪盘201的周向设有至少3个爪臂202，爪臂202的长度为150mm-300mm，优选的在本实施例中爪盘201的周向设置有3个爪臂202，爪臂202的长度为200mm。

爪臂202沿爪盘201的周向均匀分布，爪臂202的一端与爪盘201之间通过插销转动连接。在爪臂202远离爪盘201的一端与夹爪203连接，具体的爪臂202为圆柱形长杆，在爪臂202的两端均开设有用于与爪盘201和夹爪203连接的平面；爪盘201的四周与爪臂202的对应位置设有多个伸出部，伸出部的数量与爪臂201的数量相匹配，在伸出部上具有贯穿于伸出部的凹槽，凹槽的延伸方向与爪盘201中心轴线的延伸方向一致，爪臂202的一端与爪盘201之间通过伸出部卡合连接，保证爪臂202与爪盘201之间连接的稳定性，避免爪臂202与爪盘201的连接点之间晃动产生异响与噪声；并且在伸出部与爪臂202的对应位置开设圆孔，在圆孔内创设圆形插销，使得爪臂202与爪盘201之间能够转动，通过设置圆形插销保证爪臂202转动的顺畅性。

夹爪203用于与汽车转向系统的方向盘连接；夹爪203包括活动爪204与固定爪205，活动爪204与固定爪205在爪臂202的两侧相向分布，活动爪204与固定爪205靠近爪臂202一端均具有梯形凸起，在凸起的两侧分别通过螺栓与夹臂202固定，保证夹爪203与夹臂202之间连接的稳定性；同时活动爪204与固定爪205远离夹臂202一端的相向一侧均设有弧形凹槽，并且活动爪204与固定爪205的弧形凹槽设有橡胶垫，降低夹爪203和方向盘8之间相互摩擦产生噪音，避免连接单元2中的结构在试验过程中产生噪音和异响，保证夹爪203与方向盘8之间连接的稳定性降低试验环境的噪音干扰；通过机器人对转向系统的转向操作，还原驾驶人员的驾驶转向过程，使整个测试过程更加还原真实驾驶转向过程，提高转向测试结果的真实性；活动爪204可沿爪臂202的中心轴线转动，实现夹爪203的开合，在本实施例中可以将爪臂202与活动爪204之间通过伺服电机连接，通过伺服电机的输出轴带动活动爪204的转动，实现对夹爪203开合角度的控制，其中通过伺服电机控制活动爪204的转动为现有技术，在此不再进行赘述。

控制单元包括主控制器、伺服控制器和编码器，编码器的脉冲数不低于200000ppr，优选的在本实施例中编码器选用最高脉冲数为3100000ppr的高解析度编码器，编码器与扭矩电机102连接，用于获取扭矩电机102试验过程中的转动角度（即转角）与转动速度数据（即转速数据）；主控制器与伺服控制器连接，伺服控制器与扭矩电机102连接，优选的在本实施例中控制芯片选用型号为STM32F103的单片机，主控制器通过伺服控制器对扭矩电机102的位置模式和速度模式切换，具体的主控制器通过伺服控制器对扭矩电机102的位置、速度、加速度、减速度等参数进行设置来满足各种试验过程中的运动需求，其中主控制器与伺服电机对扭矩电机102的控制方式为现有技术，在此不再进行赘述。

具体实施过程如下：

在对汽车转向系统进行试验时，将连接单元2中的夹爪203夹持汽车转向系统中的方向盘8，使得转向机器人与转向系统中的方向盘8固定连接，通过驱动箱101一侧的连接板3将转向机器人固定于汽车内；控制单元根据预设的试验内容，控制伺服控制器驱动扭矩电机102根据需要的速度与角度进行转动，驱动方向盘8转动，完成转向系统试验过程中对方向盘8的操控动作；在试验过程中高解析度的编码器获取电机的转角大小和转角速度信息，通过扭矩传感器5获取扭矩电机102转动过程中的实时扭矩信息，实现对试验过程中的参数的获取与记录。

在本方案中的机器人通过力矩电机直接驱动方向盘8转动，降低电机与方向盘8之间的传动与减速等连接结构，降低转向机器人在运行过程中机械之间的相互作用产生的噪音；并且在扭矩电机102的输出轴与扭矩电机102的四周分别安装轴消音器与隔音罩105，降低扭矩电机102运行过程中噪音的传递，保证转向机器人静音运行；同时隔音罩105的开口四周均通过螺栓与驱动箱101连接，保证隔音罩105安装的牢固性，并且隔音罩105的内表面与电机限位框4之间存在缝隙，避免隔音罩105与电机限位框4之间产生共振，保证消声装置103在运行过程中能够不额外产生噪音；并且扭矩电机102的输出力矩大，在扭矩电机102直接与方向盘8连接驱动时，能够更加精准的对方向盘8的转动角度和转动速度进行控制，保证试验过程中转向机器人控制的精准性。

连接单元2通过夹爪203与方向盘8进行固定连接，使得在对转向系统进行试验时，能够在不额外产生噪音的情况下，还原汽车转向系统实际转向过程的运行方式，保证转向系统异响与噪音检测结构的准确性；并且通过机器人对转向系统的转向操作，还原驾驶人员的驾驶转向过程，使整个测试过程更加还原真实驾驶转向过程，提高转向试验结果的真实性，保证试验结果的真实性与还原性；此外在爪臂202与爪盘201之间通过插销进行转动连接，使得连接单元2在与不同尺寸的方向盘8进行连接时，能够根据方向盘8的实际情况动态调整爪臂202的角度，保证转向机器人在不同方向盘8上的安装效果，保证转向机器人的通用性；通过3组夹爪203对方向盘8进行固定连接，提高转向机器人在方向盘8上连接的稳定性，增加连接单元2与方向盘8之间的受力点，避免连接单元2的连接点过少，导致在方向盘8转动到特定角度时该连接点驱动方向盘8转动所需的扭矩增加，影响转向机器人驱动方向盘8转动的难度。

在进行试验时扭矩电机102与高解析度的编码器与连接，使得在对方向盘8的转动角度和速度进行控制时，扭矩电机102能够提供更加精准的角度位移，保证机器人在试验过程中的操作精度和试验结果的精确性；在转向机器人中通过控制单元对扭矩电机102的位置模式和速度模式进行切换，使得在试验过程中扭矩电机102能够根据试验项目的需求对转动的参数进行调节，保证扭矩电机102在多种试验项目下均能够完成对方向盘8的控制与操作，保证转向机器人在试验过程中操作与控制精度满足试验需求的同时，提高转向机器人试验过程中的静音效果，提升汽车转向系统试验过程中各项参数检测的便捷性。

相比于现有技术，本方案中通过扭矩电机直接驱动汽车转向系统，并且在驱动单元中设置隔音罩与轴消声器，降低转向机器人运行过程中产生的噪音与异响，使得汽车内形成安静的试验环境，使的转向机器人产生的声音音量小，检测规则能够快速分辨处理，降低转向机器人对汽车转向系统的噪音和异响检测的影响。

实施例二

如附图3所示，与实施例一不同的是，在本实施例中，连接单元2包括传动轴206与联轴器207，具体的传动轴206的两端均设有转接法兰6，传动轴206一端通过转接法兰6与扭矩传感器5远离轴消声器104一端连接，另一端通过转接法兰6与联轴器207连接，并且传动轴206与联轴器207和扭矩传感器5之间均为可拆卸连接。传动轴206沿自身中心轴线延伸方向的长度为200-300mm，传动轴206的两端均设有转动件，优选的在本实施例中传动轴206的长度为250mm，并且传动轴206的长度能够根据实际需求进行动态调节，其中在对传动轴206的长度进行调节时可以通过伸缩或更换不同规格的传动轴206的方式对传动轴的长度进行调节。传动轴206的两端均安装有万向节7，使得传动轴206两端能够与自身中心轴线之间成角度转动，并且万向节7能够与传动轴206的中心轴线之间进行0°-30°的角度调节，满足传动轴206角度调节需求的同时，保证传动轴206转动过程中的顺畅性，降低传动轴206与万向节7之间的摩擦噪音。

在对汽车转向系统进行试验时，通过安装板将转向机器人与汽车内部固定连接，将联轴器207与汽车转向系统中的转向轴9连接，具体的在连接时将转向轴9与方向盘8连接的一端与转向机器人中的联轴器207连接，在试验过程中扭矩电机102直接驱动转向轴9实现对汽车转向系统的操作与控制，使得在安装转向机器人时，只需要将机器人上的联轴器207与转向轴9进行连接，降低转向机器人的安装步骤；并且将转向机器人直接与方向盘8的转向轴9连接并驱动，提高转向机器人对转向系统的控制精度，简化转向机器人的连接结构，降低转向机器人自身结构运行时产生的噪音和异响。

在传动轴206的两端分别设置有万向节7，保证传动轴206对扭矩电机102的输出动力能够顺畅的传递至汽车转向系统的同时，提高传动轴206的灵活性，使得驱动箱101在与外部结构进行固定后，即使扭矩电机102输出轴的中心轴线与汽车转向轴9的轴线之间存在角度偏移，传动轴206依然能够顺畅的完成动力的传输，提高转向机器人安装的灵活性。并且传动轴206的长度为250mm，保证传动轴206能够在多种距离下，通过万向节7的弯折完成对转向机器人与转向轴9之间进行传动轴206角度的调节，通过可调长度的设置便于根据安装需求选择不同长度的传动轴206，保证转向机器人对不同车内空间安装的效果，提高转向机器人的适用性。

以上所述的仅是本实用新型的实施例，方案中公知的具体技术方案和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围，这些都不会影响本实用新型实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.试验用静音型转向机器人，包括驱动单元、连接单元与控制单元，其特征在于：所述驱动单元包括驱动箱、电机与消声装置，所述电机位于所述驱动箱一端，所述消声装置包括轴消声器与隔音罩，所述轴消声器位于所述驱动箱内且与所述电机输出轴连接；所述隔音罩一侧为开口端，另一端为封闭端，所述隔音罩开口端与所述驱动箱连接，所述电机容置于所述隔音罩内部；所述连接单元一端与所述轴消声器连接，另一端与汽车转向系统连接；所述控制单元与所述电机连接，所述控制单元用于控制所述电机的转动模式与转动速度。

2.根据权利要求1所述的试验用静音型转向机器人，其特征在于：所述轴消声器一端与所述驱动箱内表面连接，另一端沿所述电机输出轴的延伸方向延伸，所述轴消声器的长度为所述电机输出轴长度的60%-80%。

3.根据权利要求1所述的试验用静音型转向机器人，其特征在于：所述电机为扭矩电机，所述控制单元还设有编码器，所述编码与所述扭矩电机连接，所述编码器的脉冲数不低于2000000ppr，所述编码器用于获取所述扭矩电机的转角与转速数据；所述轴消声器与所述连接单元之间还设有扭矩传感器；所述扭矩传感器一端与所述轴消声器连接，另一端与所述连接单元连接，所述扭矩传感器用于获取所述电机的扭矩信息。

4.根据权利要求3所述的试验用静音型转向机器人，其特征在于：所述连接单元包括爪盘、爪臂与夹爪，所述爪盘一侧与所述扭矩传感器远离所述轴消声器一端连接，所述爪臂一端与所述爪盘连接，另一端与所述夹爪连接，所述夹爪用于与所述汽车转向系统的方向盘连接。

5.根据权利要求4所述的试验用静音型转向机器人，其特征在于：所述爪臂不少于3个，所述爪臂沿所述爪盘周向均匀分布；所述爪臂与所述爪盘之间设有转动件，所述转动件用于调节所述爪臂与所述爪盘之间的角度。

6.根据权利要求4所述的试验用静音型转向机器人，其特征在于：所述爪臂的长度为150mm-300mm。

7.根据权利要求3所述的试验用静音型转向机器人，其特征在于：所述连接单元包括传动轴与联轴器；所述传动轴一端与所述扭矩传感器远离所述轴消声器一端连接，另一端与所述联轴器连接，所述联轴器用于与所述汽车转向系统的转向轴连接。

8.根据权利要求7所述的试验用静音型转向机器人，其特征在于：所述传动轴的长度为200-300mm。

9.根据权利要求7所述的试验用静音型转向机器人，其特征在于：所述传动轴上设有至少一个转动件，所述转动件用于调节所述传动轴的轴向角度。

10.根据权利要求9所述的试验用静音型转向机器人，其特征在于：所述转动件的角度调节范围为0°-30°。

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